2011년 6월 1일 수요일

드라이버에 관한 고찰

관성모멘트 3500gcm²의 장점은 오히려 적다. 대형화 경쟁은 이제 막바지.
*관성모멘트 (慣性-)
물체가 자신의 회전운동을 유지하려는 정도를 나타내는 물리량으로서, 직선운동에서의 질량에 대응되는 양이다. 주로 대문자 I로 표기하며, 간혹 J로 나타내기도 한다. 관성모멘트는 회전운동에서 매우 중요한 역할을 차지하는데, 관성모멘트를 통해서 회전운동을 기술하는 데 꼭 필요한 각운동량, 각속도. 각가속도, 돌림힘들 사이의 관계를 이어주는 물리량이기 때문이다.

관성모멘트는 어떤 물체가 주어진 축을 중심으로 일어나는 회전운동을 변화시키기 어려운 정도를 나타내는 물리량이기도 하다. 예를 들어, 두개의 질량이 같지만 반지름이 다른 원판 A와 B를 생각해보자. A가 반지름이 더 크고, 둘 모두 질량분포가 균일하다 가정하자. A는 더 큰 원판이기 때문에, 같은 각속도로 돈다면 바깥쪽은 B보다 훨씬 더 빠르게 움직이게 된다. 때문에, A를 돌리는 것이 B를 돌리는 것보다 어렵다. 이러한 두 원판의 특성을 설명해주는 물리량이 관성모멘트이다. 이 경우, A의 관성모멘트는 B보다 크게 된다.

관성모멘트는 물체의 생김새, 정확히 말하면 회전축에 대한 질량의 분포에 따라 결정된다. 질량이 축과 멀리 떨어져 있으면 있을수록 관성모멘트는 커진다. 예를 들어, 질량이 고정되어 있다고 하고, 반지름이 같은 속이 찬 구, 속이 찬 원통, 껍데기에만 질량이 분포하는 구, 뚜껑이 없는 비어있는 원통 순으로 관성모멘트가 커진다. 때문에 물체의 모양이 바뀌면 관성모멘트는 변하게 된다. 피겨스케이팅을 예로 들어보자. 피겨스케이팅 선수들이 제자리에서 회전을 하면서 팔을 벌리고 돌다가 팔을 접으면 갑자기 빨리 돌기 시작하는 것을 한번쯤 본 일이 있을 것이다. 팔을 움츠리게 되면 관성모멘트가 줄어들게 되는데 여기서 각운동량의 보존이 일어나 피겨스케이팅 선수의 회전이 빨라지게 된다.

관성모멘트에는 크게 두가지 형태가 있다. 주로 회전축을 알때 사용되는 스칼라 형태와 회전축과 관계 없이 사용할 수 있는 텐서형태 두 종류가 있다. 스칼라 형태는 간단한 경우에 주로 사용된다. 예를 들어, 도르래와 같이 회전축이 고정되어 있는 물체는 스칼라 형태를 사용하면 간단히 물리량 사이의 관계를 기술할 수 있다. 하지만, 회전축이 변하는 운동과 같은 복잡한 경우엔 각운동량 벡터와 각속도 벡터가 평행하지 않는 등 스칼라로 이 둘 사이의 관계를 기술하는게 불충분하기 때문에 텐서형태를 사용한다. 이러한 경우의 예로 자이로스코프, 팽이, 인공위성의 운동이 있다.


최근 몇 년간의 드라이버 개발 경쟁에는 몇 가지 테마가 있었다.
관성모멘트의 대형화, 스핀량을 억제하기 위한 저중심화, 페이스 반발력의 증대화, 그리고 장신(長身)화 등이다.

반발력의 증대는 별개의 문제라 하더라도 다른 과제들은 거의 해결되어가고 있다. 예를 들어, 저중심화는 거의 달성되어져 있어 오히려 지금은 이전보다 그 달성율이 약간 더 높아진 경향을 보인다. 또한 클럽길이가 길어지는 경향으로 예전에는 48인치급이 일시적으로 화제가 되었지만 3보 전진해서 2보 후퇴한 상황으로서 지금은
46인치 전후로 정착되어 있는(자리가 잡혀있는)상황이다. 나머지는 관성모멘트에 관한 것인데 드라이버의 헤드에 대해 이야기하여 볼 때 최근 10년 동안 헤드의 크기가 약 2배로 커졌는데 그 이유는 모두 관성모멘트를 증가시키기 위함이었다.

이미 알려져 있는 것과 같이 관성모멘트가 커지면 커질수록 스윗 스팟(유효타점)을 벗어났을 때의 공방향의 흐트러짐은 적어진다. 그러나 이러한 장점이 무한으로 발휘되는지에 대해 묻는다면 반드시 그렇다고는 할 수 없다. 아래의 그래프는 유한요소해석법에 의해서 관성모멘트와 좌우 방향성의 치우침의 관계를 나타낸 것이다.



< 그림설명 >
* 관성모멘트가 커지면 커질수록 방향성이 좋아지는 범위는 3500~4000gcm²정도까지로 그 이상이 되면 방향성에는 큰 차이가 없다.
* 종축은「200m전방에서의 치우침」, 횡축은「관성모멘트」. 위로부터 퍼시몬, 메탈, 티타니움 클럽

이 그림으로 알 수 있듯이, 관성모멘트가 2000gcm² (초기의 메탈헤드) 때 200m 전방에서의 볼의 치우침은 23m 정도이지만 3500gcm² (최근 300cc급)의 경우에는 볼의 치우침이 13~14m가 되고 있다. 즉 약 10m나 볼방향의 흐트러짐이 감소되는 결과를 나타냄으로서 관성모멘트를 크게 하는 것이 얼마나 클럽의 방향성에 큰 장점으로 작용하는지를 알 수 있다.

다만 중요한 것은 헤드 체적과 관성모멘트와의 관계는 직선이 아니고 곡선을 이룬다는 점이다. 관성모멘트라 함은 1500gcm²와 3500gcm²에서는 경사가 급하지만 4000gcm²부터는 거의 완만하게 되어있다. 그 말은 다시 말해서 1500gcm²와 3500gcm² 부근에서는 장점이 있지만 4000gcm² 이상에서는 관성모멘트가 커져도 그다지 큰 잇점이 없다는 것이다.

1500gcm²부터 3500gcm²까지 곡선을 살펴 보면 이는 곧 퍼시몬부터 현재 350cc전후 헤드의 변천과 겹친다. 그렇다면, 이제 이 이상으로 헤드를 크게 해도(관성모멘트를 크게 해도) 더 이상의 메리트는 없을 것이라는 이야기이다. 실제로 3500gcm²전후는 제조상으로도 끝에 다다랐다고 한다. ‘관성모멘트 경쟁=대형화 경쟁’은 거의 끝났다고 할 수 있다. 구체적으로 말하면 헤드의 크기가 커도 400cc 전후에 근소하게 미치는 정도에 정착되어 있다고 생각된다. 물론 그렇다고 해서 헤드에 관한 진화의 여지가 없는 것은 아니지만, 향후 1~2년간에 조정의 기간에 들어가는 것은 아닐까라는 생각이 든다. 다만 로프트와 중심 높이와 스핀량과의 관계를 조정하거나, 혹은 관성모멘트를 크게 하는 것에 의해 발생하는 단점을 조정해나가는 새로운 방향의 모색이 이루어질 것이라 생각이 든다.



< 그림설명 >
* 헤드의 크기와 관성모멘트에 관한 그림.
- 클럽은 위로부터 퍼시몬, 메탈, 티타니움 드라이버
* 각 페이스의 화상 면적은 거의 정확한 치수비이다.

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